Biologie
Mitose und Meiose: Unterschiede, Phasen & 7 Aufgaben
Mitose liefert 2 identische Zellen (2n), Meiose 4 verschiedene (n). Du bekommst Vergleichstabellen, die Phasen in Reihenfolge und 7 Aufgaben mit Lösungen.
Empfohlen für: 9. Klasse · 10. Klasse
Mitose und Meiose sind die beiden Arten, wie sich eine eukaryotische Zelle teilt. Kurz gesagt: Die Mitose erzeugt 2 Tochterzellen, die der Mutterzelle gleichen (2n → 2n), die Meiose erzeugt 4 haploide Zellen, die voneinander verschieden sind (2n → n): die Keimzellen. Die erste dient Wachstum und Erneuerung, die zweite der geschlechtlichen Fortpflanzung.
Mitose und Meiose im Vergleich
| Merkmal | Mitose | Meiose |
|---|---|---|
| Wo? | Körperzellen (somatisch) | Keimzellen (Keimdrüsen) |
| Teilungen | 1 | 2 (Meiose I und II) |
| Tochterzellen | 2 | 4 |
| Chromosomenzahl | 2n (gleich) | n (halbiert) |
| Gleich der Mutterzelle? | Ja, identisch | Nein, genetisch verschieden |
| Paarung der Homologen und Crossing-over | Nein | Ja, in der Prophase I |
| Aufgabe | Wachstum, Erneuerung, ungeschlechtliche Fortpflanzung | Bildung der Keimzellen, Vielfalt |
Die Phasen der Mitose
Vor der Teilung durchläuft die Zelle die Interphase (G1, S, G2) und verdoppelt ihre DNA: Jedes Chromosom besteht nun aus 2 Schwesterchromatiden. Danach läuft die Mitose in vier Phasen ab.
| Phase | Was passiert |
|---|---|
| Prophase | Die Chromosomen kondensieren, die Kernhülle löst sich auf, die Spindel bildet sich |
| Metaphase | Die Chromosomen ordnen sich in der Äquatorialebene an |
| Anaphase | Die Schwesterchromatiden trennen sich und wandern zu entgegengesetzten Polen |
| Telophase | Zwei Kerne bilden sich neu, die Zytokinese teilt die Zelle |
Die Phasen der Meiose
Die Meiose I ist die Reduktionsteilung. In der Prophase I paaren sich die Homologen und es kommt zum Crossing-over; in der Metaphase I liegen sie paarweise in der Äquatorialebene (Bivalente); in der Anaphase I trennen sich die Homologen, nicht die Chromatiden. Die 2 entstandenen Zellen sind haploid, ihre Chromosomen haben aber noch 2 Chromatiden.
Die Meiose II ähnelt einer Mitose, ohne neue Verdopplung der DNA: In der Anaphase II trennen sich die Schwesterchromatiden und es entstehen 4 haploide Zellen, deren Chromosomen nur noch 1 Chromatid haben.
Wie viele Chromosomen und Chromatiden?
| Stufe (Zelle mit 2n = 8) | Chromosomen | Chromatiden |
|---|---|---|
| G1 | 8 | 8 |
| G2 / Prophase | 8 | 16 |
| Ende der Mitose (jede Tochterzelle) | 8 | 8 |
| Ende der Meiose I (jede Zelle) | 4 | 8 |
| Ende der Meiose II (jede Zelle) | 4 | 4 |
Die häufigsten Fehler
- Behaupten, die Meiose I trenne Chromatiden: Sie trennt die homologen Chromosomen; die Chromatiden trennen sich in der Meiose II.
- Glauben, die Zelle sei nach der Meiose I noch diploid: Sie ist haploid, ihre DNA ist aber noch verdoppelt.
- Chromosomen und Chromatiden verwechseln: Nach der S-Phase bleibt die Chromosomenzahl gleich, nur die Chromatidenzahl ändert sich.
- Meinen, die Mitose liefere verschiedene Zellen: Ohne Mutationen sind sie mit der Mutterzelle identisch.
- Vergessen, dass das Crossing-over in der Prophase I und nur in der Meiose stattfindet.
Zum Wiederholen von Zellorganellen und Zellkern lies den Leitfaden zu Zelle: Aufbau und Funktionen; um zu sehen, wie sich die Allele auf die Keimzellen verteilen, geht es weiter mit den mendelschen Gesetzen: Aufgaben mit Lösungen. Teste dich unten mit 7 Aufgaben von leicht bis schwer, alle Schritt für Schritt gelöst.
Gelöste Aufgaben
1. Eine menschliche Körperzelle (2n = 46) tritt in die Prophase der Mitose ein. Wie viele Chromosomen und wie viele Chromatiden hat sie? Wie viele Chromosomen hat jede Tochterzelle am Ende? base
Lösung anzeigen
- Vor der Mitose hat die Zelle ihre DNA in der S-Phase bereits verdoppelt: Die Chromosomenzahl ändert sich nicht, aber jedes Chromosom besteht nun aus 2 Schwesterchromatiden.
- Chromosomen in der Prophase: 46.
- Chromatiden in der Prophase: 46 × 2 = 92.
- In der Anaphase trennen sich die Schwesterchromatiden und jede wird zu einem eigenen Chromosom: Jeder Pol erhält 46 Chromosomen.
Ergebnis: In der Prophase: 46 Chromosomen und 92 Chromatiden. Jede Tochterzelle hat 46 Chromosomen (2n = 46), identisch mit denen der Mutterzelle.
2. Bringe diese vier mikroskopischen Beobachtungen in die richtige Reihenfolge und benenne die Phase: (A) Die Chromosomen liegen in der Äquatorialebene; (B) die Kernhülle löst sich auf und die Spindel bildet sich; (C) die Schwesterchromatiden wandern zu entgegengesetzten Polen; (D) zwei neue Kerne entstehen und die Zelle schnürt sich in der Mitte ein. base
Lösung anzeigen
- Die Mitose läuft immer in der Reihenfolge Prophase, Metaphase, Anaphase, Telophase ab.
- (B) ist die Prophase: Die Kernhülle verschwindet und die Spindel wird aufgebaut.
- (A) ist die Metaphase: Die Chromosomen ordnen sich in der Äquatorialebene an.
- (C) ist die Anaphase: Die Schwesterchromatiden trennen sich und werden zu den Polen gezogen.
- (D) ist die Telophase mit Zytokinese: Die Kerne bilden sich neu und die Zelle teilt sich in zwei.
Ergebnis: Reihenfolge B → A → C → D: Prophase, Metaphase, Anaphase, Telophase (mit Zytokinese).
3. Eine Zelle hat 2n = 8 Chromosomen. Gib für jede Stufe die Zahl der Chromosomen und der Chromatiden an: (a) G1-Phase; (b) G2-Phase; (c) jede Tochterzelle am Ende der Mitose; (d) jede Zelle am Ende der Meiose I; (e) jede Zelle am Ende der Meiose II. intermedio
Lösung anzeigen
- (a) In G1 ist die DNA noch nicht verdoppelt: 8 Chromosomen mit je 1 Chromatid, also 8 Chromatiden.
- (b) In G2 ist die DNA verdoppelt: weiterhin 8 Chromosomen, aber mit je 2 Chromatiden, also 16 Chromatiden.
- (c) Die Mitose trennt die Schwesterchromatiden: Jede Tochterzelle hat 8 Ein-Chromatid-Chromosomen, also 8 Chromatiden.
- (d) Die Meiose I trennt die homologen Chromosomen (nicht die Chromatiden): Jede Zelle hat 4 Chromosomen, noch mit je 2 Chromatiden, also 8 Chromatiden.
- (e) Die Meiose II trennt die Schwesterchromatiden: Jede Endzelle hat 4 Chromosomen mit je 1 Chromatid, also 4 Chromatiden (n = 4).
Ergebnis: (a) 8 Chromosomen / 8 Chromatiden; (b) 8 / 16; (c) 8 / 8; (d) 4 / 8; (e) 4 / 4.
4. Eine befruchtete Eizelle durchläuft 5 aufeinanderfolgende Mitosen, bei denen sich jedes Mal alle Zellen teilen. (a) Wie viele Zellen gibt es am Ende? (b) Wie viele Spermien entstehen aus 50 primären Spermatozyten? (c) Wie viele reife Eizellen entstehen aus 50 primären Oozyten? intermedio
Lösung anzeigen
- (a) Jede Mitose verdoppelt die Zellzahl: Nach 5 Teilungen sind es 2⁵ = 32 Zellen.
- (b) Jede primäre Spermatozyte durchläuft die Meiose vollständig und liefert 4 Spermien: 50 × 4 = 200.
- (c) Jede primäre Oozyte liefert nur eine funktionsfähige Eizelle: Das Zytoplasma wird sehr ungleich verteilt, die übrigen Zellen, die Polkörperchen, gehen zugrunde.
- Also entstehen aus 50 primären Oozyten 50 reife Eizellen.
Ergebnis: (a) 32 Zellen; (b) 200 Spermien; (c) 50 Eizellen (plus Polkörperchen, die zugrunde gehen).
5. In einer Zelle mit 2n = 4 beobachtest du drei Metaphasen: (A) 4 Chromosomen in einer einzigen Reihe in der Äquatorialebene; (B) 2 Paare homologer Chromosomen, gepaart in der Äquatorialebene; (C) 2 Chromosomen in einer einzigen Reihe in der Äquatorialebene, jeweils mit zwei Chromatiden. Bestimme jeweils die Art der Teilung. intermedio
Lösung anzeigen
- Zuerst zähle ich die Chromosomen: 2n = 4, eine diploide Zelle hat also 4, eine haploide 2.
- (A) 4 Chromosomen in einer einzigen Reihe: Die Zelle ist diploid und die Chromosomen sind nicht gepaart, also ist es die Metaphase der Mitose.
- (B) Die homologen Chromosomen liegen gepaart vor (Bivalente): Das gibt es nur in der Metaphase I der Meiose.
- (C) Nur 2 Chromosomen in einer Reihe: Die Zelle ist bereits haploid (n = 2), also ist es die Metaphase II der Meiose.
Ergebnis: (A) Metaphase der Mitose; (B) Metaphase I (Meiose I); (C) Metaphase II (Meiose II).
6. Wie viele verschiedene Chromosomenkombinationen kann eine menschliche Keimzelle (n = 23) allein durch die zufällige Verteilung der Homologen haben, also ohne Crossing-over? Und wie viele verschiedene Zygoten können zwei Eltern hervorbringen? avanzato
Lösung anzeigen
- Jedes der 23 homologen Paare ordnet sich in der Metaphase I auf zwei gleichwertige Weisen an: Jedes Homolog kann zu jedem der beiden Pole gelangen.
- Die Entscheidungen sind unabhängig voneinander, also multiplizieren sie sich: 2 × 2 × ... (23-mal) = 2²³.
- 2²³ = 8.388.608 verschiedene Keimzellen pro Elternteil.
- Die Zygote entsteht aus zwei Keimzellen: 2²³ × 2²³ = 2⁴⁶, also etwa 7,04 × 10¹³ Kombinationen (über 70 Billionen).
- Das Crossing-over tauscht Abschnitte zwischen Homologen aus und erhöht die Vielfalt noch weiter.
Ergebnis: Etwa 8,4 Millionen verschiedene Keimzellen pro Elternteil (2²³ = 8.388.608) und etwa 7,04 × 10¹³ mögliche Zygoten (2⁴⁶), ohne Crossing-over.
7. Bei der menschlichen Meiose kommt es zu einer Non-Disjunction des Chromosomenpaars 21. Wie viele Chromosomen haben die vier Keimzellen, wenn der Fehler (a) in der Meiose I auftritt? (b) in der Meiose II auftritt, und zwar nur in einer der beiden Zellen? Und was entsteht, wenn eine Keimzelle mit 24 Chromosomen von einer normalen befruchtet wird? avanzato
Lösung anzeigen
- Non-Disjunction heißt: Ein Paar trennt sich nicht. Eine normale Keimzelle hat 23 Chromosomen.
- (a) Fehler in der Meiose I: Beide Homologe des Chromosoms 21 gelangen in dieselbe Zelle. Diese Zelle liefert 2 Keimzellen mit 24 Chromosomen, die andere ohne Chromosom 21 liefert 2 Keimzellen mit 22. Alle 4 Keimzellen sind fehlerhaft.
- (b) Fehler in der Meiose II nur in einer Zelle: Die normale Zelle liefert 2 Keimzellen mit 23; die andere liefert 1 Keimzelle mit 24 (zwei Kopien von 21) und 1 mit 22. Also 2 normale, 1 mit 24 und 1 mit 22.
- Eine Keimzelle mit 24 plus eine normale mit 23 ergeben eine Zygote mit 24 + 23 = 47 Chromosomen und drei Kopien des Chromosoms 21.
Ergebnis: (a) 24, 24, 22, 22; (b) 23, 23, 24, 22. Keimzelle mit 24 + normale Keimzelle = 47 Chromosomen: Trisomie 21 (Down-Syndrom).
Häufige Fragen
Was ist der Unterschied zwischen Mitose und Meiose?
Die Mitose ist eine einzige Teilung, die aus einer diploiden Zelle (2n) 2 identische diploide Tochterzellen macht: Sie dient Wachstum und Gewebeerneuerung. Die Meiose besteht aus 2 aufeinanderfolgenden Teilungen und macht aus einer diploiden Zelle 4 haploide (n) Zellen, die genetisch voneinander verschieden sind: die Keimzellen, also Spermien und Eizellen. Nur die Meiose hat die Paarung der Homologen und das Crossing-over.
Warum halbiert die Meiose die Chromosomenzahl?
Weil auf eine einzige Verdopplung der DNA zwei Teilungen folgen. In der Meiose I trennen sich die homologen Chromosomen, aus 2n wird n; in der Meiose II trennen sich die Schwesterchromatiden ohne neue Verdopplung. Bei der Befruchtung stellen die zwei Keimzellen (n + n) wieder die artspezifische Zahl 2n her.
Wann findet das Crossing-over statt?
In der Prophase I der Meiose. Die homologen Chromosomen paaren sich (Synapsis) und tauschen an den Chiasmata DNA-Abschnitte aus. Das Ergebnis sind rekombinierte Chromosomen, die die Allele von Mutter und Vater mischen.
Ist die Zelle nach der Meiose I haploid oder diploid?
Sie ist haploid, denn sie hat n Chromosomen. Jedes Chromosom besteht aber noch aus 2 Schwesterchromatiden, weil sich die Chromatiden erst in der Meiose II trennen. Deshalb ist ihr DNA-Gehalt noch doppelt so groß wie der einer Keimzelle.
Wie viele Zellen entstehen bei Mitose und Meiose?
Bei der Mitose entstehen 2 Zellen, bei der Meiose 4. Bei der Spermatogenese werden alle 4 zu Spermien; bei der Oogenese entsteht nur eine funktionsfähige Eizelle, dazu Polkörperchen, die zugrunde gehen.